中國地質調查局廣州海洋地質調查局(以下簡稱“廣州海洋局”)在開展天然氣水合物調查中,使用了十八般“醫學儀器”對重點調查區域進行體檢,以詳細了解該區域的海水物理化學性質、海底地形地貌特征以及海底以下地層結構與構造,為後續的天然氣水合物研究提供基礎數據。如果說熱流測量是“量體溫”、海水取樣是“抽驗血”、多道地震是“CT”、地質取樣是“組織化驗”,那麼多波束水深測量、多波束回波強度測量與多波束水體測量則是不折不扣的由表及里的“三維彩色B超”,能夠快速查找與識別海水中的目標物,並且能夠對目標物進行非常精確的定位,揭示目標物的形態與大小,除了可以探測海底的地形地貌特征外,還可以窺視水體里的異常特征體。近年來,通過運用多波束技術,探測海底羽狀流,在天然氣水合物調查中發揮了獨特的作用。
羽狀流是海洋內部物理性質與周圍海水存在差異的羽毛狀流體的簡稱。當來自海底地層之下的氣體或流體以噴溢或滲漏的形式進入海底附近,形成與周圍海水物理性質相異的羽狀、柱狀、鞭狀等各種形狀的局部異常海水。當其溫度與周圍海水溫度相似時,稱之為冷泉,反之則為熱泉。由冷泉與周圍的海水、菌席、管狀蠕蟲、雙殼生物、甲烷氧化古細菌和硫酸鹽還原細菌等產生一系列物理、化學及生物作用,這種作用及產物被稱為冷泉系統。冷泉系統又稱海底甲烷滲漏系統。因此,冷泉的存在往往與天然氣水合物滲漏相關。
多波束“三維B超”不同于其它的單波束水深、重力、磁力等線狀測量,也不同于單道地震、多道地震、淺層剖面、側掃聲吶等面狀測量,它可以對海洋進行立體探測。根據水深的不同,通過布設合理的測線間距,可以對海底以上一定水深範圍的海水進行全覆蓋三維立體探測。羽狀流通常持續噴溢或滲漏于海底,多波束“三維B超”可以進行大面積的無縫海底羽狀流探測,能夠高效完整地揭示羽狀流的形態與大。羽狀流規模有大有小,大者直徑與高度均超過1000米,小者如涓涓細流。相同水深的調查區,羽狀流規模越大,則越容易被探測到。
對某一調查區進行大面積的“三維B超”,測量時間可能超過十天或者半個月或者更長時間,數據量大小也可能超過幾十或者上百GB。由于測量時間長、干擾信號眾多與有效信號弱小,多波束“B超”不可能像醫學B超一樣實行人工連續不間斷地實時監視著電腦屏幕,而是采取野外記錄測量數據、室內後處理分析的分工合作方式。測量數據需要通過大量復雜的運算後,由經驗豐富的專業技術人員進行綜合對比分析,以便從眾多的來自其它的干擾信號(例如船舶噪聲信號、機械震動、海洋風浪噪聲以及其它儀器發射的聲學信號)中識別出羽狀流反射信號。一旦探測到羽狀流,便可以提取羽狀流的各種特征數據,例如羽狀流各個反射點的經緯度坐標位置、水深值、反射強度與采集時間等等,用于繪制羽狀流的三維立體圖。羽狀流三維立體圖為研究人員提供了非常直觀逼真的可視化資料,既可以全方位的視角呈現羽狀流,同時也可以呈現羽狀流周圍的地形地貌與海洋地質環境。
近年來,廣州海洋局“海洋六號”科考船在南海北部陸坡的東沙海域、神狐海域與瓊東南海域進行天然氣水合物資源調查時,利用多波束水體影像資料處理技術發現了多個正在噴溢的羽狀流。羽狀流的高度約700~800米,直徑約20米,由于海流、潮流等因素的影響,羽狀流均呈炊煙彎曲狀。為了驗證“海洋六號”船測量結果的可靠性,利用“海洋四號”船的多波束系統在相同的位置同樣探測發現了正在噴溢的冷泉羽狀流,形態規模與1個月前“海洋六號”船探測到的十分相似,進一步證明了多波束系統探測冷泉的可靠性。
多波束水體影像資料處理技術為天然氣物水合物的立體研究提供了一種新型的科學可靠的技術手段,為精確靶點提供了大量可靠信息,在試采井位的選取上發揮了重要的作用。